劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
【摘要】電容器的好壞對電能的質(zhì)量與效益起著至關(guān)重要的作用"然而有多種原因?qū)е码娙萜髟谄溥\(yùn)行過程中發(fā)生故障$本文結(jié)合電力電容器在繼電保護(hù)系統(tǒng)中的作用"針對導(dǎo)致電力電容器發(fā)生故障的內(nèi)部原因及外部原因"對繼電保護(hù)系統(tǒng)中電力電容故障進(jìn)行分析"并提出了相應(yīng)的處理辦法。
【關(guān)鍵詞】繼電保護(hù)；電力電容；故障原因；處理辦法
0 引言
由于全用電規(guī)模不斷加大，電網(wǎng)的管理及控制的復(fù)雜程度不斷加深，所以在電力系統(tǒng)中引入了自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)，在處理該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的故障信息時(shí)，電力系統(tǒng)進(jìn)步引入了繼電保護(hù)系統(tǒng)，用以幫助電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度管理故障信息，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的性以及應(yīng)對突發(fā)事件的靈敏性。然而，繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性也會因?yàn)榉N種原因而受到影響，例如在處理系統(tǒng)內(nèi)無功補(bǔ)償"諧波等問題時(shí)，就需要電力電容器發(fā)揮作用，但是在實(shí)際操作過程中，電力電容器的故障很大程度影響了繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能。
1 電力電容器有利于實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性
*，可靠性是指系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備"元件能夠在預(yù)定時(shí)間內(nèi)或者所需條件下順利完成規(guī)定指示的基本能力。而繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性則是指，如果電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障，繼電保護(hù)裝置會在規(guī)定的范圍內(nèi)不拒動(dòng)作；同時(shí)，如果該故障的解決要求繼電保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作，那么裝置也不能出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作。可見，繼電保護(hù)裝置的靈敏性是指保證其不拒動(dòng)"不誤動(dòng)，否則會降低整個(gè)電力系統(tǒng)的性能。電力電容器則是有利于實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，其具體作用如下：
1.1 補(bǔ)償無功功率
電力系統(tǒng)中有很多網(wǎng)絡(luò)元件，其中大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗著大量無功功率，尤其是電感元件。電感元件是種儲能元件，其原始模型為導(dǎo)線繞成圓柱線圈（圖。）。此外，在電機(jī)"變壓器等負(fù)載元件的運(yùn)行過程中，也需要消耗大量無功功率。負(fù)載元件可以將電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能，連接在電路中的電源兩端，如果在電路中沒有負(fù)載而直接連接電源的兩級，則會出現(xiàn)短路。電容也是負(fù)載元件的種，不過電容是不消耗功率的元件，并且在電力系統(tǒng)中改變無功功率的流動(dòng)，從而使電壓升高，在感性元件消耗功率的同時(shí)對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。
1.2 濾除各次諧波
電容器的很大個(gè)功能是在高壓直流輸電系統(tǒng)中過濾高次諧波，諧波會引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的拒動(dòng)作和誤動(dòng)作，并且在交流＜直流＜交流的過程中會產(chǎn)生各次諧波電流，這就需要裝設(shè)交直流濾波電容器。電容器可以對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而無功補(bǔ)償也是常用的治理諧波的方法?？梢姡娙萜鞯暮脡暮艽蟪潭葲Q定著電能的質(zhì)量與利用效率，從而保證繼電保護(hù)的效益。
圖1電感元件
2 電力電容故障形成的原因
2.1 導(dǎo)致電力電容故障的內(nèi)部原因
電容器本身在設(shè)計(jì)工藝方面存在問題，這也很大程度為繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來負(fù)面影響，例如：
（1）電容器中的元件芯子沒有*浸漬，這種現(xiàn)象會使電容器在運(yùn)行過程中故障頻出。
（2）為了降低成本和保證較高的經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)了場強(qiáng)過高的電容器，而場強(qiáng)過高是損壞電容器的重要原因之。
（3）電容器在設(shè)計(jì)上存在隱患，當(dāng)電容器內(nèi)部元件產(chǎn)生故障電流時(shí)，其中的熔絲不能及時(shí)熔斷，導(dǎo)致電容器內(nèi)部的溫度急劇升高，如果加之沒有有效的繼電保護(hù)措施，電容器很容易脹裂甚至爆炸。
2.2導(dǎo)致電力電容故障的外部原因
（1）電流過大。電容器有助于濾除各次諧波，尤其對高次諧波比較敏感，所以可能會在某頻率下產(chǎn)生諧振，形成電流過大的諧波。在電容器與諧波源負(fù)荷連接時(shí)，如果此時(shí)系統(tǒng)的感抗與電容器的容抗在某頻率下剛好大小相等且方向相反，那么在發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，電流過大的諧波會造成電容器過電流。
（2）溫度過高。電容器的工作環(huán)境需要適宜的溫度，無論是內(nèi)部溫度還是外部溫度都不能過高。方面，電容器所需的內(nèi)部溫度應(yīng)保持在低于65℃的水平上，高不得高于70℃，電流過高的諧波在造成電容器過電流的同時(shí)，也會使電容器過熱，容易產(chǎn)生熱擊穿的現(xiàn)象，或者出現(xiàn)鼓肚，從而影響電容器的性能甚至損壞電容器。另方面，就電容器的外部溫度而言，電容器周圍環(huán)境的溫度偏高會導(dǎo)致電容工作時(shí)無法散熱，但是如果溫度偏低也會導(dǎo)致電容器內(nèi)的油凍結(jié)，容易產(chǎn)生電ji穿的現(xiàn)象。
（3）電壓過高。過電壓會對電容器產(chǎn)生較大危害，電容器對電壓十分敏感，電容器的使用壽命與過電壓的幅值"過電壓的時(shí)間以及過電壓的次數(shù)密切相關(guān)，并且電容器的損耗與電壓的平方成正比。過電壓時(shí)間長會導(dǎo)致電容發(fā)熱，加速電容器絕緣損傷，也會出現(xiàn)電ji穿，加之有的電容器組沒有采取過電壓的保護(hù)措施，操作時(shí)存在很大的隱患，甚至引起爆炸。
3 針對電力電容故障的內(nèi)部原因采取的處理辦法
通過分析繼電保護(hù)系統(tǒng)中電力電容故障的形成原因得知，電容器的故障是可控的，并且應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施保證電容器的穩(wěn)定運(yùn)行，使電容器在繼電保護(hù)系統(tǒng)中發(fā)揮應(yīng)有的作用，終為用戶提供經(jīng)濟(jì)的電能。
3.1 保證元件芯子*浸漬
（1）適當(dāng)延長真空浸漬時(shí)間并施加定油壓。
（2）將真空浸漬改為臥放浸漬方式，在電容器臥放的狀態(tài)下便于內(nèi)部的液體介質(zhì)浸漬到元件中去，從而確保*浸漬。
3.2 降低場強(qiáng)
（1）電容器的外殼厚度。電容器在出廠設(shè)計(jì)時(shí)的場強(qiáng)過高，這導(dǎo)致電容器容易出現(xiàn)故障，所以電容器的外殼厚度是降低場強(qiáng)的方法，同時(shí)要考慮滿足電容器的安裝尺寸，保證在臥放的狀態(tài)下電容器也能正常運(yùn)行。
（2）采取三層粗化膜結(jié)構(gòu)，這可以降低電弱點(diǎn)的重合率，并且采取鋁箔折邊和突出結(jié)構(gòu)，可以改善板邊緣的電場分布情況，均有利于降低場強(qiáng)。
3.3配備單臺熔絲或者化熔絲特性
（1）如果電容器內(nèi)部元件產(chǎn)生故障電流，而其中的熔絲又不能及時(shí)熔斷，那么電容器很容易脹裂甚至爆炸，采用單臺熔絲是防止油箱爆炸的有效措施。
（2）熔絲的安秒特性太差會導(dǎo)致電力電容故障，試驗(yàn)表明?熔斷器可以在$/+.:將電容器的故障電流開斷，所以需要進(jìn)步改善熔斷器的質(zhì)量，改進(jìn)熔斷器的安裝方法，并且加強(qiáng)熔斷器的運(yùn)行和維護(hù)。
4 針對電力電容故障的外部原因采取的處理辦法
4.1 限制諧波電流
諧波過電流會導(dǎo)致電容器出現(xiàn)故障，針對電網(wǎng)的諧波超標(biāo)引起過電流或是電容器投入時(shí)的佩流過大等情況，可以采用金屬氧化物避雷器保護(hù)?防止電容器內(nèi)部元件的電ji穿或熱擊穿。其次，考慮到諧波的存在，規(guī)定電容器的工作電流不得超過額定電流的1/+倍，必要時(shí)，可以將電抗器與電容器串聯(lián)，錯(cuò)開諧振點(diǎn)，串聯(lián)電抗器的電抗值應(yīng)大于電容器的容抗值。
4.2 保持電容器周圍及內(nèi)部有適宜的溫度
（1）電容器工作的環(huán)境溫度應(yīng)控制在40℃之內(nèi)，并且在電容器附近不要放置某種熱源，如果電容器的工作環(huán)境溫度超過了40℃，則應(yīng)當(dāng)做到及時(shí)的通風(fēng)降溫，或者及時(shí)切除電容器。
（2）保持電容器外殼的溫度不要超過60℃，可以采用熔點(diǎn)為50℃-60℃的試溫蠟片，檢測電容器外殼的溫度，或者在電容器外殼上粘貼桐油石灰溫度計(jì)的探頭，如果溫度過高也應(yīng)當(dāng)及時(shí)切除電容器。
4.3 防止過電壓帶來的電容器絕緣損傷以及擊穿現(xiàn)象
電容器對電壓十分敏感，電容器本身的額定電壓般應(yīng)高于電網(wǎng)電壓,所以通常規(guī)定電容器不得在超過額定電壓10%的情況下長期使用，這也是為了延長電容器的使用壽命。為防止過電壓，在停電或輕載時(shí)，需要把電容器暫時(shí)退出運(yùn)行，或者采用減壓運(yùn)行的方式。另外，電容器在運(yùn)行的過程中，應(yīng)時(shí)刻檢查放電裝置和熔絲，確保放電裝置和熔絲是完整良好的，并且在大容量的電容器上好安裝失壓保護(hù)裝置。
5安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹
5.1產(chǎn)品概述
AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/div>
AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動(dòng)尋找投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。
5.2產(chǎn)品選型
AZC系列智能電容器選型：
補(bǔ)償 方式 | 投切裝置類型 | 容量 (kvar) | 規(guī)格型號 | 外形尺寸(mm) |
長度 | 寬度 | 高度 |
三相 共補(bǔ) SP1 | 復(fù)合開關(guān) 投切 | 20+20 | AZC-SP1/450-20+20 | 380 | 80 | 300 |
15+15 | AZC-SP1/450-15+15 | 380 | 80 | 270 |
20+10 | AZC-SP1/450-20+10 | 380 | 80 | 270 |
10+10 | AZC-SP1/450-10+10 | 380 | 80 | 250 |
10+5 | AZC-SP1/450-10+5 | 380 | 80 | 250 |
5+5 | AZC-SP1/450-5+5 | 380 | 80 | 250 |
2.5+2.5 | AZC-SP1/450-2.5+2.5 | 380 | 80 | 250 |
補(bǔ)償 方式 | 投切裝置類型 | 容量 (kvar) | 規(guī)格型號 | 外形尺寸(mm) |
長度 | 寬度 | 高度 |
三相 共補(bǔ) SP1 | 同步開關(guān) 投切 | 20+20 | AZC-SP1/450-20+20(J) | 380 | 80 | 300 |
15+15 | AZC-SP1/450-15+15(J) | 380 | 80 | 270 |
20+10 | AZC-SP1/450-20+10(J) | 380 | 80 | 270 |
10+10 | AZC-SP1/450-10+10(J) | 380 | 80 | 250 |
10+5 | AZC-SP1/450-10+5(J) | 380 | 80 | 250 |
5+5 | AZC-SP1/450-5+5(J) | 380 | 80 | 250 |
2.5+2.5 | AZC-SP1/450-2.5+2.5(J) | 380 | 80 | 250 |
單相 分補(bǔ) FP1 | 復(fù)合開關(guān) 投切 | 30 | AZC-FP1/250-30 | 380 | 80 | 330 |
20 | AZC-FP1/250-20 | 380 | 80 | 270 |
15 | AZC-FP1/250-15 | 380 | 80 | 270 |
10 | AZC-FP1/250-10 | 380 | 80 | 250 |
7.5 | AZC-FP1/250-7.5 | 380 | 80 | 250 |
5 | AZC-FP1/250-5 | 380 | 80 | 250 |
同步開關(guān) 投切 | 30 | AZC-FP1/250-30(J) | 380 | 80 | 330 |
20 | AZC-FP1/250-20(J) | 380 | 80 | 270 |
15 | AZC-FP1/250-15(J) | 380 | 80 | 270 |
10 | AZC-FP1/250-10(J) | 380 | 80 | 250 |
7.5 | AZC-FP1/250-7.5(J) | 380 | 80 | 250 |
5 | AZC-FP1/250-5(J) | 380 | 80 | 250 |
AZCL系列智能電容器選型：
補(bǔ)償 方式 | 電抗器 類型 | 容量 (kvar) | 規(guī)格型號 | 外形尺寸(mm) |
長度 | 寬度 | 高度 |
三相 共補(bǔ) SP1 | 電抗率7% 材質(zhì)鋁 | 40 | AZCL-SP1/480-40-P7 | 480 | 200 | 380 |
35 | AZCL-SP1/480-35-P7 | 480 | 200 | 380 |
30 | AZCL-SP1/480-30-P7 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-SP1/480-25-P7 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-SP1/480-20-P7 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-SP1/480-15-P7 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-SP1/480-10-P7 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-SP1/480-5-P7 | 480 | 200 | 380 |
電抗率14% 材質(zhì)鋁 | 40 | AZCL-SP1/525-40-P14 | 480 | 200 | 380 |
35 | AZCL-SP1/525-35-P14 | 480 | 200 | 380 |
30 | AZCL-SP1/525-30-P14 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-SP1/525-25-P14 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-SP1/525-20-P14 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-SP1/525-15-P14 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-SP1/525-10-P14 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-SP1/525-5-P14 | 480 | 200 | 380 |
單相 分補(bǔ) FP1 | 電抗率7% 材質(zhì)鋁 | 30 | AZCL-FP1/280-30-P7 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-FP1/280-25-P7 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-FP1/280-20-P7 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-FP1/280-15-P7 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-FP1/280-10-P7 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-FP1/280-5-P7 | 480 | 200 | 380 |
電抗率14% 材質(zhì)鋁 | 30 | AZCL-FP1/280-30-P14 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-FP1/280-25-P14 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-FP1/280-20-P14 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-FP1/280-15-P14 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-FP1/280-10-P14 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-FP1/280-5-P14 | 480 | 200 | 380 |
補(bǔ)償 方式 | 電抗器 類型 | 容量 (kvar) | 規(guī)格型號 | 外形尺寸(mm) |
長度 | 寬度 | 高度 |
三相 共補(bǔ) SP1 | 電抗率7% 材質(zhì)銅 | 40 | AZCL-SP1/480-40-P7 | 480 | 200 | 380 |
35 | AZCL-SP1/480-35-P7 | 480 | 200 | 380 |
30 | AZCL-SP1/480-30-P7 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-SP1/480-25-P7 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-SP1/480-20-P7 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-SP1/480-15-P7 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-SP1/480-10-P7 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-SP1/480-5-P7 | 480 | 200 | 380 |
電抗率14% 材質(zhì)銅 | 40 | AZCL-SP1/525-40-P14 | 480 | 200 | 380 |
35 | AZCL-SP1/525-35-P14 | 480 | 200 | 380 |
30 | AZCL-SP1/525-30-P14 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-SP1/525-25-P14 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-SP1/525-20-P14 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-SP1/525-15-P14 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-SP1/525-10-P14 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-SP1/525-5-P14 | 480 | 200 | 380 |
單相 分補(bǔ) FP1 | 電抗率7% 材質(zhì)銅 | 30 | AZCL-FP1/280-30-P7 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-FP1/280-25-P7 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-FP1/280-20-P7 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-FP1/280-15-P7 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-FP1/280-10-P7 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-FP1/280-5-P7 | 480 | 200 | 380 |
電抗率14% 材質(zhì)銅 | 30 | AZCL-FP1/280-30-P14 | 480 | 200 | 380 |
25 | AZCL-FP1/280-25-P14 | 480 | 200 | 380 |
20 | AZCL-FP1/280-20-P14 | 480 | 200 | 380 |
15 | AZCL-FP1/280-15-P14 | 480 | 200 | 380 |
10 | AZCL-FP1/280-10-P14 | 480 | 200 | 380 |
5 | AZCL-FP1/280-5-P14 | 480 | 200 | 380 |
5.3產(chǎn)品實(shí)物展示
AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊
安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案
6 結(jié)語
繼電保護(hù)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要保障，也是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定且運(yùn)行的有效手段。本文通過分析繼電保護(hù)系統(tǒng)中電力電容故障形成的內(nèi)部原因及外部原因，有針對性地提出了相應(yīng)的處理辦法，從電容器本身設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)方面的缺陷入手，同時(shí)控制和處理電容器工作運(yùn)行的外部環(huán)境問題。希望解決電力電容故障使電網(wǎng)繼電保護(hù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)其可靠性，大大加強(qiáng)繼電保護(hù)的效能，此外，還要對電力電容器按時(shí)巡檢其運(yùn)行狀況，定期檢查和維護(hù)繼電保護(hù)系統(tǒng)，以便及時(shí)處理發(fā)現(xiàn)的故障，以保證系統(tǒng)在*設(shè)備的情況下正常運(yùn)行。
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[2]衛(wèi)民.繼電器保護(hù)系統(tǒng)中電力電容故障的控制及處理.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.6版.
作者簡介：劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娏﹄娙莓a(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。
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